半柔性路面沥青混合料骨架与水泥砂浆界面强度测试方法技术

本发明专利技术提供一种半柔性路面沥青混合料骨架与水泥砂浆界面强度测试方法，属于路面材料强度测试技术领域，解决目前试验方法难以测试半柔性路面沥青混合料骨架与水泥砂浆界面力学强度的问题。本发明专利技术使用纳米压痕测试方法，首先通过室内试验制作半柔性路面试件；然后，对半柔性路面按照测试仪器要求进行测试样品的切割处理，并选取材料界面特性具有代表性的样品备用；最后，使用纳米压痕仪对样品特征界面进行压痕测试，获取材料界面的硬度、弹性模量、蠕变函数、断裂韧度、界面结合力等力学参数表征半柔性路面界面力学强度特性。本发明专利技术具有简便直观特点，可推广到已建成路面使用状况的评价，测试参数可与数值模拟方法对接，促进数值模拟方法发展。

【技术实现步骤摘要】
半柔性路面沥青混合料骨架与水泥砂浆界面强度测试方法
本专利技术是一种半柔性路面沥青混合料骨架与水泥砂浆界面强度测试方法，属于路面材料强度测试

技术介绍
半柔性路面是一种以开级配大空隙沥青混合料为基体，灌注流动性好、强度高的特制水泥砂浆而形成的一种新型复合路面结构类型。半柔性路面兼有柔性路面无接缝、行车舒适性高的优点和刚性路面承载力强、耐磨、耐久性好的优点。半柔性路面由于其铺筑方式与构成材料较普通路面更为复杂，其强度形成机理也与沥青路面和水泥路面有较大差别，其中界面处力学行为更是复杂。半柔性路面的研究最早在国外出现，被用于喷气式飞机跑道的试验，作为耐热路面进行试验铺筑，研究证实半柔性路面可以在不增加费用的情况下提高路面的高温稳定性并延长路面使用寿命。我国国内从20世纪90年代开始进行半柔性路面研究。1986年，同济大学林绣贤教授主持了有关方面的课题，并于当年年底在广东省惠深线上修建了试验路，经过两年的行车使用，效果良好。目前国内外对半柔性路面的力学强度研究主要分布在基质沥青混合料的改进、水泥砂浆的优化和路用性能的测定三个方面。与普通沥青路面不同，半柔性路面在铺筑大空隙沥青混合料骨架的基础之上，又进行了水泥砂浆的灌注，并需要一段时间的养生才能最终成型，这种方法使半柔性路面的整体结构十分密实。从胶浆理论分析，半柔性路面结构是一种多级空间网络结构体系，在粗、细、微三级分散系中，以沥青胶浆的凝胶结构、水泥砂浆晶体及胶凝体的水泥石形成双重网络结构系，表现出很大的密实度及较高的c、值，因此兼有柔性及刚性材料的双重性能。理论分析方法对半柔性路面的结构体系进行了分析，但限于目前的研究进展，难以将理论与实际结合进行推广证明。从微观角度分析，沥青与水泥水化颗粒间的相互吸附以及水泥水化晶体穿过沥青膜与矿料的结合是半柔性路面特有的界面构成方式，水泥可以使沥青中的凝胶体数量增加，胶浆结构致密性加强，水化产物与沥青以物理结合方式构成网状结构，并可以弥补混合料内部缺陷以及提高沥青与集料粘附性。微观尺度的分析证明了水泥砂浆与沥青混合料骨架界面之间具有更为复杂的结合方式，但无法获取界面处具体的力学强度大小。水泥砂浆在与沥青混合料基体结合之后，对结构本身的强度有较大的提高作用，而作为两种材料之间的界面部分，对半柔性路面的整体强度有着直接的影响。沥青混合料经典的力学研究方法大多是通过马歇尔实验、车辙试验等方法进行宏观力学特性的实验，对与路面材料的细观力学研究仍缺少具体的表征试验方法。与之宏观力学实验类似，沥青类材料通常采用水煮法或水浸法评价沥青的粘附等级，侧面反映沥青材料的界面强度。这种方法是一种经验法，无法在实验中得到材料界面的强度、蠕变参数等具体的数值，目前沥青类材料界面强度的获取一直没有较好的测试方法。因此，针对半柔性路面沥青混合料骨架与水泥砂浆界面强度测试困难的问题，本专利技术采用一种纳米压痕测试方法，在仪器试验中通过对探测位置荷载与位移关系的评价，获取沥青混合料骨架与水泥砂浆界面强度、蠕变参数等数据，为沥青类材料的界面强度测试提供一种新思路。这种新方法可以在多种材料中应用，且可以推广到已建成路面使用状况的评价中，对研究路面材料界面强度具有重要借鉴意义，具有推广应用价值。
技术实现思路
(1)技术问题本专利技术目的是提供一种半柔性路面沥青混合料骨架与水泥砂浆界面强度测试方法，通过对已有半柔性路面试件断面界面处进行纳米压痕测试分析，解决目前试验方法难以测试半柔性路面沥青混合料骨架与水泥砂浆界面力学强度的问题，为路面材料细微观力学研究提供新思路。(2)技术方案为了解决当前对于半柔性路面沥青混合料骨架与水泥砂浆界面强度测试困难的问题，本专利技术使用纳米压痕测试方法，首先通过室内试验制作半柔性路面试件；然后，对半柔性路面按照测试仪器要求进行测试样品的切割处理，并选取材料界面特性具有代表性的样品备用；最后，使用纳米压痕仪对样品特征界面进行压痕测试，获取材料界面的弹性模量、蠕变、界面结合力等力学参数，并对参数进行分析处理。(3)有益效果半柔性路面兼有柔性路面无接缝，行车舒适性高的优点和刚性路面承载力强，耐磨、耐久性好的优点。半柔性路面与普通沥青路面相比，其高温稳定性能比普通沥青路面强数倍，所以适合在公路收费口、港口码头、货运站等场所以及长大陡坡路段使用。沥青路面材料的骨架结构与界面粘结强度是影响路面强度的最主要因素，但以往对沥青路面材料的研究多是从提高沥青的粘度方面提高路面材料界面粘结强度，对于路面不同材料之间界面力学强度缺乏一种直观的方法进行测试。本专利技术采用的纳米压痕测试法不仅可以在半柔性路面沥青混合料骨架与水泥砂浆界面可以使用，而且能够推广到其它路面不同材料之间界面测试中，也适用于已建成路面的界面强度测试。纳米压痕测试所得参数是一种微细观参数，在目前数值模拟方法普及的背景下，这种方式采集的参数也易于与数值模拟细观参数结合起来，互相验证，促进数值模拟方法发展。具体实施方式本专利技术提供一种半柔性路面沥青混合料骨架与水泥砂浆界面强度测试方法，具体实施步骤如下：(1)优选玄武岩集料用于制备半柔性路面多孔沥青混合料骨架，确定该沥青混合料的集料配合比、最佳沥青用量，采用旋转压实仪制备空隙率为28％的沥青混合料试件，以便灌注水泥砂浆；(2)确定水泥砂浆的水灰比、外加剂，制备水泥灌注砂浆，使其流动度在9～11秒之间，在平板振动台上将水泥砂浆充分、均匀灌注到多孔沥青混合料试件中，确保水泥砂浆灌满多孔沥青混合料试件，在标准养护室养生28天；(3)采用切割机和打磨机将半柔性路面试件按照纳米压痕仪测试要求制备试样，挑选表面平整、完整并清楚显现沥青混合料骨架与水泥砂浆界面结构的试样用于纳米压痕试验；(4)采用纳米压痕仪对该试样的界面硬度、弹性模量、蠕变函数、断裂韧度、界面结合力进行测试，每一目标界面至少选取三个位置进行测试，以消除该目标界面不均匀性对试验结果影响；(5)取每一目标界面不同位置硬度、弹性模量、蠕变函数、断裂韧度、界面结合力的试验结果平均值，用这些参数的平均值在微观层次上表征半柔性路面沥青混合料骨架与水泥砂浆界面力学强度特性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
半柔性路面沥青混合料骨架与水泥砂浆界面强度测试方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：(1)优选玄武岩集料用于制备半柔性路面多孔沥青混合料骨架，确定该沥青混合料的集料配合比、最佳沥青用量，采用旋转压实仪制备空隙率为28％的沥青混合料试件，以便灌注水泥砂浆；(2)确定水泥砂浆的水灰比、外加剂，制备水泥灌注砂浆，使其流动度在9～11秒之间，在平板振动台上将水泥砂浆充分、均匀灌注到多孔沥青混合料试件中，确保水泥砂浆灌满多孔沥青混合料试件，在标准养护室养生28天；(3)采用切割机和打磨机将半柔性路面试件按照纳米压痕仪测试要求制备试样，挑选表面平整、完整并清楚显现沥青混合料骨架与水泥砂浆界面结构的试样用于纳米压痕试验；(4)采用纳米压痕仪对该试样的界面硬度、弹性模量、蠕变函数、断裂韧度、界面结合力进行测试，每一目标界面至少选取三个位置进行测试，以消除该目标界面不均匀性对试验结果影响；(5)取每一目标界面不同位置硬度、弹性模量、蠕变函数、断裂韧度、界面结合力的试验结果平均值，用这些参数的平均值在微观层次上表征半柔性路面沥青混合料骨架与水泥砂浆界面力学强度特性。

【技术特征摘要】
1.半柔性路面沥青混合料骨架与水泥砂浆界面强度测试方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：(1)优选玄武岩集料用于制备半柔性路面多孔沥青混合料骨架，确定该沥青混合料的集料配合比、最佳沥青用量，采用旋转压实仪制备空隙率为28％的沥青混合料试件，以便灌注水泥砂浆；(2)确定水泥砂浆的水灰比、外加剂，制备水泥灌注砂浆，使其流动度在9～11秒之间，在平板振动台上将水泥砂浆充分、均匀灌注到多孔沥青混合料试件中，确保水泥砂浆灌满多孔沥青混合料试件，在标准养护室养生28天；(3)采用切割机和打...

【专利技术属性】
技术研发人员：许涛，刘方韬，汪洋，袁峻，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32